机械制造与自动化专业核心课程软件开发与应用(下)——以天津工程职业技术学院为例

(天津工程职业技术学院，天津 300280)

天津工程职业技术学院机械制造与自动化专业在“十二五”优质特色专业建设中，开发了专业核心课程软件，它包括机械设计基础、液压传动技术、工程力学、电机拖动及维修技术、机床电器控制技术、单片机技术应用等六门专业核心课程，具有五大功能，即能够完成理论教学；能够进行实训管理；实现模拟仿真；具有考核测试功能；具有可扩展课程功能。上篇介绍了理论教学模块的制作，本篇重点介绍实训管理系统的开发和核心课程软件的应用效果。

一、实训管理系统的开发

实训管理系统涵盖六门专业核心课程的实训内容，根据企业对接原则，按照课程标准，制定每门专业核心课程的实训项目。

(一)实训项目的制定

以“工程力学”课程为例，《工程力学》是一门理论性较强的课程，传统教学只是做几个验证性的实验，实训几乎是空白，学生很难理解结构受力时的工作状况，像其他技能性较强的课程一样，如果把《工程力学》抽象、分析和计算的能力作为一门技能进行训练，以实际生活和工作中常见的机械部件抽象为力学模型为实训内容，再进行分析计算，就能很好的理解机构的受力情况。在专业核心课程软件中，“工程力学”共设计了15个实训项目：实训项目一：用吊车装卸重物理解柔索约束/平面汇交力系；实训项目二：用夹角挡板中摆放铁管理解光滑面约束/平面汇交力系；实训项目三：用多节连杆理解铰链约束；实训项目四：用扳手工作理解平面一般力系；实训项目五：用三轮车载重理解空间力系；实训项目六：用连接螺栓张紧理解拉伸；实训项目七：用汽车的轴理解扭转；实训项目八：用跳水板理解弯曲；实训项目九：点的运动方程、运动轨迹、速度；实训项目十：活塞的运动规律；实训项目十一：纯滚动；实训项目十二：高频平动振动筛；实训项目十三：外啮合行星齿轮；实训项目十四：质点系的动量定理；实训项目十五：质点系的动量矩定理。

每个实训项目分四步进行，在静力学中：第一步：数据测量；第二步：抽象为力学模型；第三步：受力分析；第四步：提交解题过程。

在动力学中：第一步：数据测量；第二步：确定已知条件采用的方法；第三步：提交解题过程；第四步：给出结论。

在材料力学中：第一步：数据测量；第二步：抽象为力学模型；第三步：确定类型及采用公式；第四步：提交解题过程。

(二)实训管理系统的功能

1.教师可以给不同终端(学生)下发不同的实训内容。教师通过教师用户登录到布置实训任务的界面，让学生了解实训目的、实训要求及实训步骤，教师向学生下发实训任务，同一个实训项目可以设定不同的参数，每个学生一套参数，这样即培养了学生独立完成项目的能力，也可以避免学生互相的抄袭现象。

2.教师可监控学生的实训过程。学生从学生用户登录获得不同的任务，根据要求分步提交，例如：一级减速器的设计，第一步，制定设计方案；第二步，根据所给参数，选配电机和零件；第三步，绘制平面图和实体图；第四步，完成实体零件的装配。每一步在教师审核通过后方可进行下一步任务，直到最后任务完成。先从学生用户进入，看到老师下发的实训题目，根据实训目的和要求，学生在实训仿真系统中完成实训项目并提交，等待老师审核，老师审核合格后，学生才能执行下一步任务。

3.在实训过程中，教师和学生互动，及时掌握学生情况。学生从学生用户登录获得不同的任务后，按照实训要求的步骤分步进行，每完成一步进行提交，教师对学生每一步的完成情况进行评定、审核，学生存在的问题可通过这个平台进行指导和解决，使学生和老师能随时交流、互动，。

(三)模拟仿真模块

在《机械设计基础》课程中，模拟一个由多种机构组成的复杂机器，展示每种机构的运动情况，机构和机构之间的运动传递情况，各种机构在机器中的位置，让学生了解复杂机器基本设计原理，在今后的设计中更合理、更安全。

在“液压传动技术”课程中，用复杂的液压系统原理图展示其工作过程和工作原理，给出不同参数液压系统的执行机构的运行情况不同，通过模拟仿真系统让学生在原理图上学会排除故障。

(四)考核测试模块的功能

该模块涵盖了学生的基本信息管理、考试权限管理、试卷管理、系统管理、学生考核记录管理、成绩管理。教师可以在该模块中生成理论考试试卷，可以限定学生是否有考试权限，可以进行成绩登统。每门课程分模块考核，最后形成每个学生的各次考核的成绩单。每次考试软件可以完成对成绩的分析，以便老师掌握学生的分数分布。

二、加强开发监督工作、确保软件质量

为了保证该项目完成质量，项目组从以下两方面入手：

(一)成立了课程软件开发项目组，下设软件框架构建与美工制作组，课程内容及动画制作组，考试系统制作组

项目负责人负责整个项目的规划、质量和工程进度的监督；软件框架构建与美工制作组负责软件框架构建及网页页面的美观设计；课程内容及动画制作组负责课程内容的开发、模拟仿真系统的开发和实训系统的开发；考试系统制作组负责实训项目的出题、审核，客观题生成试卷及判卷，学生成长管理。

(二)建立管理制度，确保软件质量

1.确定开发项目质量目标，每个项目在可行性研究阶段完成后，由项目负责人组织各项目小组成员，根据项目任务书、脚本设计和制作要求，反复研究讨论，准备素材，针对软件技术标准、规模档次、达到的使用功能等质量标准，协调各小组的关系，尽快制定出符合实际情况的项目质量目标。

2.在确定项目质量目标后，由项目负责人组织各项目小组成员，根据项目质量目标的要求编制出《项目质量管理计划书》。《项目管理计划书》体现从设计质量、材料设备质量、工艺工序质量、分项分部工程质量到单位工程质量的全部管理控制。对每门课程、每个章节、每个动画画面，各小组之间，任课教师和软件制作人员之间，必须充分沟通，充分论证，正确表达教学内容，高质量完成课程软件开发。

三、核心课程软件的特点与创新

(一)课程软件具有三种性能：即可扩展性、实用性和可控性

超强的可扩展性：课程软件可随时添加课程内容、扩展课程项目，是专业建设中展现课程建设的最优方式。

较强的实用性：课程软件是根据天津工程职业技术学院机械制造及自动化专业多年来的教学内容的优化和教学经验的积淀设计开发的，该软件全部应用于开设六门课程的任何专业和班级。

对学生的可控性：在实训管理模块中软件实现了分步提交，分步审核，在教师的指令下学生才能进行下一步任务，加强了学生实训的过程管理。

(二)课程软件实现了三个紧密结合

与教学内容紧密结合，该软件开发是根据天津工程职业技术学院机电工程系教师提供的脚本制作的，是该校教师多年来教学内容、教学方法的优化和教学经验的积淀，软件交付后完全用于专业教学和职工培训。与实训设备紧密结合，该软件教学内容和实训项目与我院机械制造及自动化专业实训室功能相符，教学内容和实训基地实现零对接，做到了理论教学、模拟训练和实际训练三位一体，受到很好的教学效果。与学生实际紧密结合，高职学院培养的是高技能、应用型人才，该软件具有模拟训练功能，让学生在软件上充分训练，深刻理解机构工作原理，熟练掌握机械及液压技术，注重了学生动手能力的培养。

四、核心课程软件的成效

(一)促进了专业建设

在建设过程中专业教师多次到企业调研，不定期召开由专业教师和企业技术专家组成的教学指导委员会会议，讨论研究课程内容及教学难点解决方法，使核心课程软件内容更贴近企业，更符合企业岗位需求，通过核心课程软件的建设，加强了校企合作；修改了人才培养方案；构建了课程体系；改进了教学方法；提高了教学质量；核心课程软件也为企业培训做出了贡献，大大的促进了专业建设。专业核心课程软件自2014年初先后在机械制造与自动化、数控技术、电气自动化、石油储运技术、物联网技术等专业共计40个班使用，收到了很好的教学效果。

(二)增强了教师的科研能力和教学能力

参加专业核心课程软件开发的成员较多，涉及到六门课的专业教师和软件开发人员，在编写脚本过程中，经过专业指导委员会讨论，专业教师首先要制定出六门课程的教学标准，根据岗位技能要求和学习规律，把每门课程分为若干个情景，每个情景又分为若干个项目，然后标记以图片展现的内容和以动画展现的内容，为了更好的把这些信息传递给动画制作技术人员，复杂动画内容需要跟技术人员多次沟通，才能做出符合教学内容的动画，得到满意的结果。所以，核心课程软件的制作过程，锻炼了老师的科研能力，使教师们以科学的态度，总结教学经验，提炼教学精华，探索教学方法。

在软件使用过程中，教师的水平得到提高，多名教师在指导学生技能大赛中获得了优异的成绩。2017年，由宋清等老师指导的机器人代表队，在华北五省大学生机器人大赛中荣获二等奖；五年来，由杨贵田等老师指导的代表队每年都在全国三维数字化创新设计大赛中获得奖项。

(三)改进了教学方法

核心课程软件充分利用现代教学设备、弥补传统教学的不足，突破了原有的教学模式，应用现代科技，有效解决了教学难点。很多机械设备学生没有接触过，课程软件采用了工程中常用设备的图片，把工程中常用设备的机械结构、机械部件、电器元件的工作过程和工作原理以生动形象的动画展示，有更加直观的感触，激发了学生的学习兴趣和求知欲望，像《工程力学》这门公认为很难学的课程学生也很愿意学了。

模拟实训模块中，学生在计算机上通过后再在实际设备上动手操作，增强了学生思考和研究的积极性，提高了实训安全可靠性，更环保节能，更好的保证了人身和设备安全。

实训过程师生交互性更强，学生可以随时反馈学习中的问题，教师可以分步了解学生操作动态，实时指导。

核心课程软件延长了学习时间，拓展了学习空间，通过校园网络使学生不局限于课堂，随时随地都可以学习。教学软件的《单片机技术应用》课程中编排了更多的工程实例和项目制作，整个过程以视频和讲解形式展现，为学生的学习提供了方便，学生在学习中提高动手能力，减少实践中的障碍，使得自学和实践更容易实现。

(四)为技能大赛提供了训练平台

核心课程软件包含六门课程，涵盖了机械设计、液压系统分析和设计、电气控制电路的设计、电机的参数与选用，单片机技术应用等知识和技能，为高职院校学生技能大赛：生产线安装与调试、全国三维数字化创新设计、机器人设计等赛项提供了很好的训练平台。自动化16-1班学生李维兆和数控16-2班学生周鹏花，是单片机的学习爱好者，在教师的指导下，跟随课程软件中单片机技术应用、机床电气控制、电机拖动技术课程自学，掌握了单片机基本知识和电机拖动、传感器等技术，具备了开发应用能力，经过刻苦训练，在华北五省大学生机器人大赛中荣获智能物流机器人挑战赛二等奖；几年来，“曲臂滑轨”、“多功能拉杆箱”、“空气净倍器”等多个项目在全国三维数字化创新设计大赛中获奖。

(五)服务企业和社会

天津工程职业技术学院机电工程系承担了中国石油的各种技术培训项目，在为中国石油渤海钻探公司举办的维修电工中级、机修工中级和数控高级工的技能考证培训中，专业核心课程软件《机械设计基础》、《液压传动技术》、《电机拖动与维修技术》、《机床电器控制技术》发挥了很好的作用，通过用软件教学，学员很快理解了机械常用机构、传动机构、联接机构、轴系的工作原理及运动情况，理解了简单机构和复杂机构的运动和力的传递情况，来自企业的学员理论水平明显提高，100%的培训学员通过了技能鉴定，软件内容受到了学员的好评。

我院还承担了天津市百万技能人才培训福利计划培训项目，2015年和2016年，由天津市滨海新区海滨街组织，我院实施教学，对海滨街社会人员进行了三期维修电工初级工和中级工的技能鉴定和培训，学员普遍学历较低，文化基础较差，理论部分的教学很难进行，专业核心课程软件使学员耳目一新，很好的理解了机械部件和电器元件的工作原理，培训效果明显提升，技能鉴定通过率为94%。